辟谣！通用量子计算机很有可能根本就造不出

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本来上一文大致介绍了一下有关量子计算的现状就已经觉得差不多了，但不知咋了，最近又看到了一篇某知名大厂写的有关量子计算公司获得好几亿投资的新闻。那整个新闻写得真是，仿佛量子计算明天就能实现一样。

面对着各种吹嘘和乐观，感觉实在忍不了，觉得还是写一篇文章来专门介绍一下量子计算研究现状比较好，其实这个行业，完全没那么乐观。至少在我看来，难度不是一般的大。

虽然我不是专门搞量子计算研究的，但我也读过不少做这个行业的大神的文章。从这些真正专业的人士眼中，这个行业其实问题还真不少。更有甚者认为，如果基础物理没有办法突破，量子计算根本不可能在现阶段实现。

好了，究竟情况是不是这样，且看我接下来的论证。不过在文章开篇之前，有些事儿我则必须要首先声明一下，以下论据并非全部由我原创，况且我也没有这个实力。大部分内容来自于各种平台的公开资料，尤其是我上一文所说的那位知乎大神。我大部分所能做的，也就只有花点心思加工一下，成为大自然知识的搬运工而已。

好了，话不多说，首先我们要从量子计算行业的现状谈起。

在我国，搞量子计算比较出名的公司有三家，本源量子，图灵量子，国盾量子。这三家的市值都是行业内比较高的，将近一百亿左右。

在国际上，几乎所有巨头都在量子计算方面有布局。阿里巴巴，Google，微软，都设立得有他们相应的量子计算实验室。

各种公司，只要打着量子计算的旗号，市值准能蹭蹭往上涨。比如量子计算企业D-wave quantum上市首日就上涨了20%，受到了众多投资者的追捧。

面对着如此疯狂的局面，几乎所有巨头和国家，不管有没有条件，都卷进了量子计算这条赛道中，企图在未来的计算革命中能够占得先机。

人们常言道，世界上最聪明的东西一定是资本。著名投资公司IDC曾经做过预测，全球量子计算行业市场将从2020年的4.12亿美元增长到2027年的86亿美元。据相关调研显示，将近70%的各种行业巨头，都有兴趣在量子计算行业布局。看着如此热闹的量子计算行业，资本如此热忱，难道说量子计算机马上就能造出来了吗？

如果真的是这样，那就好了。

上一文讲解量子计算以及其算法最新研究进展的时候就已经大概说明了一下量子计算的重要性。根据相关人士的判断，在众多前沿科学中，量子计算是一种颠覆性的技术，一旦实用化，将彻底改变整个人类世界。

的确，量子计算重要是很重要，但重要就一定代表着能够真正实用化吗？

看看国内相关媒体是怎么报道量子计算的：什么实现量子霸权吧，什么处于第二次量子技术革命的前夜吧，什么革命性的变革即将到来啊。全是牛X得不行的词语，全是超级乐观超级光明的判断。

但事实真的如此吗？这些写新闻的媒体们，真的懂量子计算，写的东西真的能代表着量子计算的现状吗？

我承认，他们说出了一部分事实，但也仅仅只是一部分。另外一部分，情况其实并没有那么乐观。

对的部分包括了对于量子计算性质以及原理的照本宣科。跟经典计算机相比，量子计算的确有着每增加一个量子比特算力就提升一倍的特性。但是对于增加一个比特，量子计算机就能够超越经典计算机马上对于信息处理进行指数加速的报道，我却并不认可。相关反驳我后面会集中论证。

对于量子计算能够给人类带来巨大回报的说法我还是比较认可的，但是说什么只要能造出一台通用量子计算机就能拥有超越人类目前所有计算机算力之和的说法我却并不认可。因为通用的量子计算机，也许根本就造不不来，相关论证也在后面集中提体现。

从目前来看，由上百个量子比特纠缠的量子计算系统已经成功实现。那是不是说我们只要跟经典计算机的发展一样，不停地提高量子比特的数目，一切都万事大吉了？

有相关研究表示称，量子计算要真正的应用，必须大规模地提升量子比特的数目。4.2万个是一个坎，这是能够实现大规模量子计算的一个最低限度。而IBM更是放出豪言，到2030年，量子计算的算力有可能能达到上百万之多。

听起来一切都是如此的光明，那到了现在的2022年了，我们都做到哪一步了呢？

很遗憾地告诉大家，100个量子比特都还没有实现。目前最先进的是我国的九章量子计算机，实现了76个光量子比特的计算系统。

我们知道经典计算中有个摩尔定律，一般意义上的芯片算力会随着时间指数增加。那量子计算会不会也跟经典计算一样，我们快速地就能够实现更多量子比特的计算呢？

同样很遗憾，并不是如此。

从理论上来说，量子计算的理论基础是建立在非相对论化的量子力学基础之上的。它必须假定量子计算的系统必须是严格线性的，各个系统之间可以实现线性叠加。但实际上的量子计算却是由多个子系统构成的非线性系统，相关的过程并不能简单地两两分解，最后叠加汇总计算。

当纠缠态的量子比特越多，要实现精确的量子计算就会更加困难。系统之外的各种因素都会影响到系统的计算执行。稍微对于量子计算有过研究的人都知道，量子系统完全线性分解两两相互作用的子系统根本不可能。别说一万个量子比特，就连最基本的几个或者几十个量子比特要实现稳定计算都如此困难，我实在不知道那些宣言2030年会有上百万个量子比特的勇气是从哪里来的。

并且我们知道，量子计算是一种并行的叠加运算。但这里就出现了一个问题，如果要把多个数据放置在一个量子系统中，我们很有可能就没有办法对这些数据进行标定位置。学过编程的人都知道，在计算机系统中，数据的储存地址是十分重要的。如果没有办法精确地找到数据，计算系统就根本不可能实现。

但在这个问题上，量子计算尤其严重，我们很难判定数据的位置，更无法知道这些数据究竟是哪一个数据。

但有人会说，既然难以叠加，那我们可不可以在部分情况下回归经典计算呢？

答案是不可以的，量子计算的最终目的是实现通用计算地加速。而在这个过程中，其中间态我们是没有知晓的，我们只能对量子数据的初态和终态进行测量。其意思就是我们没有办法在中间的时候对一些数据进行调整，用经典数据对于计算过程进行修正。而要真正实现量子计算，则必须使用相应的量子数据。

正是因为有以上的问题，所以便导致了量子计算的精度十分难以保证。当然，现在存在着很多有关纠错算法的研究，但其实这个问题不是经过尽可能地纠错就能够实现的。

在量子信息理论的基础上，他本质上是一个数学理论。所以，正是因为它是数学问题，严格上它应该并不会存在着精度问题。

但理论是一方面，实际又是另外一方面。由于量子系统的脆弱性，由不确定性原理得出来的实际情况，会让整个量子系统极容易崩溃。稍微出一点问题就可能会导致整个量子计算的过程彻底失败。

为了保证整个计算环境的绝对独立，我们必须要花费大量的资源对整个量子计算过程进行保障。而正是因为他的脆弱性，在理论上他能够与经典计算进行等价，但在实际上它的精度十分有限，某种程度上他只能够成为一种模拟计算，得出来的结果也只可能是部分有效。

在传统计算中，由于可以进行数据的线性运算，所以只要提高计算能力，我们想要多么精确的数据都可以实现。但在量子计算中，由于每一个量子比特都是处于不确定的，这就会导致一个十分滑稽的结果。我们如果把一个数保存在量子计算机上，刚开始的时候我们知道它的数值是多少，但一旦进行计算以后，这个数值我们甚至就有可能再也读不出来了。

与此便出现了一个问题，我们连一些原始数据都没有办法保证它的精确读数，那么我们又怎么能够对整个过程进行保障呢？我们又怎么能够保证在整个计算结果是正确的呢？

当然，在整个量子计算过程中，我们也会运用到很多纠错方案使得他尽可能地比拟经典计算的精度。但在整个量子计算过程中，并不是所有问题都可以通过纠错进行解决的。实际上，由于量子系统太过于脆弱了，任何影响都会对量子计算的过程进行干扰，所以不管我们如何努力，使用再多的纠错方案都没有办法真正避免错误。我们使用的纠错方案越多，反而有可能会出现更多错误，对于整个计算过程甚至有可能产生副作用。

鉴于以上原因，要稳定保证量子计算，几乎是一件不可能的事儿。

而除了计算过程的问题，还有有关量子算法的问题。在上面一期节目我就介绍了量子算法的基本现状，自从shor算法和Grove算法提出来以后，过了好几十年了，至今都没有卓有成效的新算法提出来。这就意味着量子算法已经基本停滞了，我们当下的研究，全在吃上个世纪的老本。

中科大潘建伟教授曾经提出过量子计算具有三个阶段的说法，第一个阶段是实现量子计算的优越性证明问题，即实现一般媒体所宣称的量子霸权，目前很多国家都已经先后达到。

第二个阶段便是利用量子计算对一些特定的问题进行开发。这个部分的内容，就是我上一个节目所提到的量子智能计算问题。

而第三个阶段就牛X，就是要实现完全量子纠错的基础之上，构建出可用的通用量子计算机。如果哪个人真的造出来了的话，那么无论放到哪儿，他都可以横着走了。

而鉴于量子计算所存在的问题，对于这个三个阶段的目标，要实现的可能性却完全不同。第一个阶段已经实现，这个目标是很容易。第二个阶段，也具有一定的可行性和实用性。而第三个阶段，从现有实际情况出发，几乎不太可能。

从上面我们可以知道，量子计算的本质是一种模拟计算。而模拟计算的本质，又仅仅是一种经典计算的简化计算。量子计算机能够可以很快实现结果的输出，但对于结果输出的精度，他却不能保证。而就通用计算机的作用来说，我们却又必须要保证它数据的结果精确性。想象一下，如果把量子计算机用在无人驾驶技术方面，由于量子计算的不确定性，他甚至有可能把一群人看成一条畅通无阻的马路。而这种计算结果运用输出，则有可能会造成一幕幕人间惨剧。

而根据上文的论证，别说无限精度，就算是较强精度的纠错都是极不可能实现的。所以由此表明，所谓的量子通用计算机，也很有可能是造不出来的。

不过量子计算的精度虽然不高，可是他速度快呀。所以根据量子计算的这种特性，把它运用到一些不需要太高精度的计算方面，他就能够实现把自己优势的活学活用。

比如数学上的迷宫问题，我们则可以利用量子计算的并行原理快速得出结果。虽然需要多次实验才有可能能够得出统计意义上比较正确的结果。但利用它的速度优势，相比于经典计算机，要解决超复杂的迷宫问题，他的效率还是高多了。

再比如说我上文提到的实现大数质因数分解问题和Grove数据系统搜索技术，在这些方面，量子计算也是具有一定优势的。

而要把量子计算运用于特定技术的开发，它的运用的前景也还是比较光明的。比如关于医药的药物开发，生物DNA的构造，大分子结构的模拟，人脑神经网络，等等方面量子计算都可以具有较强的实用性。

而这种前景，从理论加上实际上来看，只要努努力，还是有一定可能性能够实现的。

不过说了这么多，有一个最重要的问题却一直没有谈到。在文章的最后，我们则必须要好好的来谈一谈，这便是对于量子计算理论的怀疑。即量子计算的理论，一定是准确且完备的吗？

我们知道，量子计算的原理来自于量子力学，要论证量子计算的完备性，则必须要论证量子力学的完备性。

所以，我们通常意义上的量子力学，是完备的吗？

有人可能又会借用费曼的话语了：没有人能够懂得量子力学。又或者像绝大多数教授所声称的：不用懂，算就行了。

好吧，从算这个角度来看，量子力学有毛病没有？答案是，有，并且还很大。

用反证法我们也可以稍微证明一下，如果量子力学是完备的，那么理论物理就不用再研究了，算就行了，用就行了。但实际情况就像我现在正在讲的超弦理论一样，量子力学与相对论的矛盾可为是困难重重。目前已知的量子力学理论基础，都是在非相对论化的条件下。但我们知道现实情况是，不管微观世界还是宏观世界，都不可能脱离相对论而妄想说能够解决所有问题。

而量子计算的理论基础全部都来自于非相对论化的量子力学，虽然也从逻辑上推导也能够自洽，但实际上量子计算能够脱离相对论而真正自圆其说吗？

很明显，并不能。

那么不管是理论还是实际，似乎一切的基石都还不太成熟，那么我们就一定能够说量子计算一定完备，通用量子计算机一定能造出来吗？

其实在本世纪初的时候，大伙对于量子计算的热情还是特别高涨，仿佛一个革命性的技术即将问世。但到了现在，研究量子计算的人已经冷静许多了。比如2018年，国际上就出现了对于量子计算过度乐观的批评声音，这种观点也得到了大多数人的支持。

但与行业的冷静形成巨大反差的是媒体和资本的过度追捧。我不知道他们的底气是什么，或许在他们眼中，量子计算能不能成根本就不是他们所关心的吧，毕竟他们也不吃这碗饭。

所以，听了以上问题，不知道各位小伙伴们都对量子计算都有了何种看法？

所以，想问一下大伙，你们还对量子计算还抱有盲目的乐观吗？

好了，今之文到此结束

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